4 - Uluslararası katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu / TrC

Yorumlar

Transkript

4 - Uluslararası katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu / TrC
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
Servo Pres Tasarımı ve Dinamik Modeli:
Uygulamalı Bir Örnek
R. Halıcıoğlu*
Gaziantep Üniversitesi
Gaziantep
L.C. Dülger†
Gaziantep Üniversitesi
Gaziantep
Özet —Esneklikleri, basit yapıları, kolaylıkla kontrol
edilebilmeleri ve düşük enerji tüketimleri gibi sebeplerle
servo presler günümüzde önemli bir uygulama seçeneği
haline gelmiştir. Dünyada birçok firma ve araştırmacı
servo presler üzerine çalışmakta ve farklı prototipler
geliştirilmektedir. Ancak ülkemizdeki pres üreticileri
tarafından
sunulmakta
olan
yeterli
seçenek
bulunmamaktadır. Servo krank presler ise tasarım
sınırları içerisinde, birçok farklı tipte hareket üreterek
tek bir makine ile üreticiye geniş aralıklarda çözümler
sunabilmektedir.Bu çalışmada, üretim aşamasında
bulunan 50 T yük ve 200 mm kurs kapasiteli bir servo
krank pres makinası için Lagrange yaklaşımı ile sistemin
dinamik modeli türetilmiştir. Çalışmada kullanılan servo
krank pres makinasının 3B katı model tasarımı
yapılmıştır. Servo pres için motor seçimi yapılmış ve
dinamik değerler vasıtasıyla da uygun servo motor
özellikleri tespit edilmiştir. Dinamik model ve benzetim
sonuçları, gerçek sistem parametreleri ile uygulanmış ve
sunulmuştur.
A.T.Bozdana‡
Gaziantep Üniversitesi
Gaziantep
I.Giriş
1
Servo presler hidrolik preslerin esneklik özelliğini
taşırken, geleneksel mekanik presler kadar hızlı, güvenilir
ve düşük hatalarda çalışmaktadır. Saç metal
şekillendirme sektöründe geleneksel pres makinalarına
kıyasla, özellik bakımından öne çıkmaktadır. Servo
presler çok farklı mekanizmalarda üretilmesine rağmen
krank mekanizmalı servo presler esneklikleri, basit
yapıları ve üretim maliyetinin düşük olmasıgibi
sebeplerle daha uygun bir tercih olarak görülmektedir.
Servo krank presler krank-biyel mekanizmalarından
oluşmaktadır [1-2]. Bu tür mekanizmaların gerek
tasarımıgerekse de analizleri üzerine birçok çalışma
mevcuttur.Abdullah ve Telegin [3]krank pres (sıcak
işlem) üzerine çalışmış ve dinamik modelini
çıkartmışlardır. Çalışmada krank-biyel mekanizması
kullanılmış olup, bağlantı boşlukları da düşünülerek 3B
tasarımları ile deformasyon analizleri yapılmıştır. Fung
ve ark. [4-6] farklı krank-biyelmekanizmalarının (katı,
esnek ve pnömatik bölünmüş biyel) dinamik analizlerini
ve titreşim kontrollerini yapmışlardır. Hamilton ve
Lagrange yaklaşımları kullanılmıştır. Çalışmalarında
sabit mıknatıslı senkronize servo motor (PMSM)
kullanmışlardır. Bai ve ark. [7]ultra hızlı damga presleri
üzerine
çalışmış
ve
krank-biyel
mekanizması
kullanmışlardır. Newton yaklaşımı ile kütle ve ataletler
de dahil edilerek sistemin dinamik analizleri yapılmıştır.
Daha sonra Pro/E® yazılımı kullanılarak 3B dizayn ve
atalet kuvvetleri de dahil edilerek benzetimleri
verilmiştir.Liu ve ark.[8]krank-biyel mekanizmasının
kinematik ve dinamik analizi üzerine çalışmıştır.
Dinamik model statik denge yaklaşımı ile oluşturulmuş
ve Matlab-Simulink® ortamında çözülmüştür.
Servo pres imalatındadinamik analiz ve tasarımın yanı
sıra en önemli etkenlerden birisi de motor tip ve
kapasitesinin
belirlenmesidir.
Toyokoki
[9]
100Tkapasiteli ilk ticari servo presi bükme amaçlı
geliştirmiştir. Bu pres için AC servo motor tercih
edilmiştir.Aida firması [10]DSF-N1 ve N2 seri servo
preslerde AC servo motor kullanmıştır. Kurs aralığı 160400 mm olan bu makinalar 80-300 T aralığında ve motor
kapasiteleri
25-50
kW
arasında
değişmektedir.Amadafirması [11]delme ve basma amaçlı
servo presler üretmektedir. Yaklaşık 40 mm kurs boyuna
sahip AE-NT ve EM-NT (doğrudan çift tahrikli) seri bu
preslerin kapasiteleri 20-33 T vegüç gereksinimleri
Anahtar kelimeler: Servo pres, sistem tasarımı, dinamik analiz,
motor seçimi
Abstract—Because of properties such as flexibility,
simple construction, easy control and lower energy
consumptions, servo presses have become an important
application tool in todays. A lot of firms and researchers
have studied on servo presses and they have developed
different prototypes. However there is no enough choice
by manufacturers in Turkey. Servo crank presses can
generate a lot different types of motion in their design
limitations, so they can present wide solutions to
manufacturers. In this study, System dynamic model is
derived by Lagrange approach for a servo crank press
machine tool whose capacities are 50T load and 200 mm
stroke. The servo crank press’s 3D solid model is built.
Suitable motor selection is presented and suitable servo
motor properties are determined by using dynamic
values. Dynamic model and simulation results are
applied and presented with real system parameters.
Keywords: Servo presses, system design, dynamic analysis, motor
selection
*
[email protected]
[email protected][email protected]
†
1
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
AC200V 3-faz 50/60 Hz, 19-27 kW aralığındadır. Ayrıca
Amada [12]80-300 T aralığında basma kapasitesi olan
SDE serisi servo presleride üretmektedir. Kurs boyları
160-400 mm aralığında değişirken, 80-30 spm hız
kapasiteli bu presler 25-50 kW aralığındaki motorlar ile
hareket ettirilmektedir.Servo pres uygulamalarının
çoğunluğunda AC servo motorlar yüksek tork
kapasiteleri sebebiyle tercih edilmiştir.
Bu çalışma kapsamında, Lagrange yaklaşımıyla kütle
ve ataletleri ile dinamik olarak modellenmiş olan 50 T
kapasiteli servo krank presin 3B mekanik tasarımı
yapılarak,
gerçek
sistem
Solidworks®ortamında
parametreleri elde edilmiştir.Dinamik analiz sonuçları da
dikkate alınarak, hareket uygulamalarına en uygun olan
servo motor ve indirgeyicisi seçilmiştir.
II.Sistem Tanımı ve Hareket Senaryosu
Servo krank pres için krank-biyel mekanizması
seçilmiş olup mekanizmanın şematik gösterim Şekil1’ de
verilmiştir. Burada, r, θ, l, β sembolleri sırası ile krank
uzunluğu, krank açısı, biyel uzunluğu ve biyel açısını
belirtmektedir. Bu değerlerin üssü ifadeleri ise her bir
parça için kütle merkezinin boyunu vermektedir.
Krank/biyel uzunluk oranı 1/6 olarak seçilmiş olup,
200mm kurs hareketi planlanmıştır.
Kurs boyu “s”, “y” değerine bağlı olarak denklem (1)’
den bulunabilir. Her iki tarafın birinci ve ikinci türevleri
ise kurs hız ve ivmelerini vermektedir.
İstenilen koç hareketine bağlı olarak krank hareketini
bulmak için sistemin kinematik denklemleri aşağıdaki
gibidir. Bu denklemlerde , , değişkenleri sırasıyla
krank pozisyon, hız ve ivme değerlerini vermektedir. “y”
değeri, krank dönme merkezi ile koçun pozisyonu
arasındaki mesafedir. Bu değer Şekil 1’ de “y3”olarak
gösterilmiştir. Bilinen “s” değerine bağlı olarak denklem
(1) den elde edilebilir [1-2].
Şekil. 1. Krank Pres mekanizması şematik gösterimi
(1)
cos
(2)
Şekil. 2. Zamana bağlı koç hareket ve kuvvet profili
(3)
Buradaki kuvvet değerleri ise koç hareketi ve malzeme
özelliklerine bağlı olup, referans olarak alınmıştır.
(4)
III.Dinamik Model
Sistemin enerjisine ve genel koordinatlardaki
kinematik değişkenlere bağlı olan Lagrange yaklaşımı ile
dinamik modelleme yapılmıştır. Lagrange yaklaşımı
aşağıdaki adımlar izlenerek servo krank pres sistemi için
uygulanmıştır[13-19].
i) Sistem SD (serbestlik derecesi) tespit edilir ve
bağımsız değişkenler belirlenir,
ii) kinematik ilişkiler belirlenir,
Çalışmada, pres koçu için istenen kritik hareket
senaryosu saç metal şekillendirmede sıklıkla kullanılan
Şekil 2’ deki gibi yumuşak temas profilidir. Harekette,
iniş ve çıkışlarda hızlanma görülürken, parçaya temas
öncesi yavaşlama sağlanarak presleme yüzey kalitesinin
iyileştirilmesi amaçlanmaktadır.
2
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
iii)dış kuvvet ve kuvvet takımları belirlenir,
iv) kinetik ve potansiyel enerji denklemleri yazılır,
v) Lagrange fonksiyon ve denklemleri uygulanır.
Servo pres için kullanmış olduğumuz krank-biyel
mekanizması 1 SD’ ne sahip olup kinematik bağıntıları
Eşitlik (5-7)’ deki gibi x ve y koordinatlarında
verilmiştir.
Eşitlik (8) ise β ve θ açıları arasındaki
,
,x ,
bağıntıyı
vermektedir.Sırasıyla
y , x y ifadeleri krankın ağırlık merkezinin x-y
koordinatındaki pozisyonu, biyelin ağırlık merkezinin x-y
koordinatındaki pozisyonu ve koçun bağlantı merkezinin
x-y koordinatındaki pozisyonudur.
,
,
2
(13) 2
Eşitlik (9-12)’ de geçenm1, m2, m3,
ifadeleri
sırasıyla krank kütlesi, biyel kütlesi, koç kütlesi, krank
kütle atalet momenti ve biyel kütle atalet momentlerini
vermektedir. Sistemin potansiyel enerji ifadeleri de
aşağıdaki gibi yazılabilir.
(14)
(5)
′
(6)
√
(15)
(7)
√
(16)
,
(8)
√
Bu ifadelerin birinci ve ikinci türevleri alınarak
,
,
,
, , ,
,
,
,
, ,
ifadeleri elde edilir.
Kinematik ifadelerden sonraki adım dış kuvvet
takımlarının belirlenmesidir. Bu sistem için sürtünmeler
ihmal edilerek,ifade (9)’ da kuvvet bağıntıları yazılmıştır.
Burada τ motor tarafından elde edilmesi gereken krank
tork değerini verirken, F ise torka karşı üretilen reaksiyon
kuvvetidir.Ayrıca,“c” ifadesi ⁄ oranıdır.
(17)
Aşağıda Lagrange fonksiyonu, kinetik ve potansiyel
enerji denklemlerine bağlı olarak verilmiştir. Ayrıca
Euler-Lagrange denklemi de ifade (19)’ da verilmiştir.
Burada qkbağımsız değişkenini “θ” tanımlamaktadır.
Tüm ifadeler gerekli türetmeler de yapılarak, ifade (19)’
da yerine yazılırsa, sistemin dinamik denklemi ifade (20)’
deki gibi elde edilir. Burada sistem krank dişlisine kadar
kabul edilmiş olup, helisel dişli ve indirgeyici aktarma
verimleri %96 olarak düşünülmüştür.
(9)
(18)
Bu aşamadan sonra her biruzvun kinetik ve potansiyel
denklemleridüzenlenmiş şekilde aşağıda yazılmıştır.
Burada θ ve τ sırasıyla krank için pozisyon ve tork
değerleridir.
′
,
(10)
2
1,2, … ,
(19)
2
(11)
2
(12)
2
1
3
(20)
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
IV.Katı Model Tasarımı
Servo krank pres sistemi krank, biyel ve koç
uzuvlarından oluşmaktadır. Ayrıca bu mekanizmaya ev
sahipliği yapan tek parça (kaynaklı) gövde de mevcuttur.
Katı model tasarımına sistemde mevcut olan en zayıf
halka burçlar olduğu için buradan başlanmış ve makine
elemanları tasarım metotları uygulanarak, minimum 3
güvenlik faktörü ile tüm üç boyutlu tasarımları
Solidworks®bilgisayar programı yardımı ile Şekil 3’ deki
gibi yapılmıştır. Yine programda malzeme tanımları
yapılmış ve Tablo 1’ de, herbir mekanizmanın gerçek
ağırlık ve atalet değerleri bulunmuştur.Tablodaki atalet
değerleri, her bir parça için kütle merkezine göredir. Bu
veriler dinamik analiz benzetiminde kullanılmıştır. Krank
miline indirgenmiş toplam sistem ataleti ise HuygensSteiner (paralel eksen) teoremi ile sabit varsayılmış ve
aşağıdaki denklem ile 10,55 kgm2olarak bulunarak,motor
seçimi için kullanılmıştır [20].
′
Parçalar
Krank+Dişlisi
Kütle
(kg)
307,70
Atalet
(kgm2)
8,39
Uzunluk
(m)
r=0,1
Merkez
mesafesi (m)
r'=0,028
Biyel
117,59
4,97
l=0,6
l'=0,195
Koç
186,30
-
-
-
T.Mili+Dişlisi
65,02
0,08
-
-
TABLO 1. Mekanizmanın gerçek verileri
V. Benzetim Sonuçları
Sistemin kinematik ifadeleri kullanılarak, Şekil 2’ deki
istenilen çıkış değerleri ile ters kinematik ve dinamik
analizler yapılmıştır.
Önce istenilen hareketin türevlerini alarak koçun hız
ve ivme değerlerine Şekil 4’ deki gibi ulaşılmış, ardından
da ters kinematik ile denklem(2-4) kullanılarak krankın
açısal pozisyon, açısal hız ve açısal ivme değerlerine
Şekil 5’ deki gibi ulaşılmıştır. Şekil 4’de koçun hareketi
aşağı doğru iken, hareket yönü negatif ve Şekil 5’ de
krankınsaat yönündeki hareketi negatif olarak kabul
edilmiştir.Koç hareketindeki keskin geçişler düzeltilerek
optimize bir geçiş sağlandığından koçun hız ve ivmesi ile
krankın hareket, hız ve ivmesinde düzgün bir akış
görülmüştür.
Sistemin dinamik ifadesiolan denklem (20) krank
hareketine bağlı bir denklemdir. Kinematik olarak elde
edilmiş olan veriler kullanılarak çözüldüğünde krank için
gerekli olan tork değerleri Şekil 6’ deki gibi bulunur.
(21)
Şekil. 3. 3B Katı model tasarımı
Şekil. 4. Koçun zamana bağlı hız ve ivme grafiği
4
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
olarak gruplandırılan AC servo motorlar yüksek tork
kapasitelerine sahip oldukları için ağır uygulamalarda
tercih edilmektedir. Genellikle çoğu AC servo motorlar
senkronize olup, sabit mıknatıslıdır (PM). Çoğu zaman
sabit mıknatıslı senkron motor olarak da (PMSM)
adlandırılırlar. Bu motorlar 1000 Nm gibi yüksek tepe
torklara ulaşabilmektedir. Tork motorlarda senkron
motorlar gibi çalışırlar. DC ve AC motorların tersine
maksimum ulaşabilecekleri hızlar düşüktür. Ancak 50000
Nm gibi çok yüksek tepe torklara ulaşmakta ve
uygulamada
dişli
ve
dişli
kutusuna
gerek
duyulmamaktadır [21-23].
Şekil. 5. Krankpozisyon, hız ve ivme grafiği
A. Servo motor seçim parametreleri
Servo motorlar sıklıkla tercih edilen bir tahrik
makinası olmasına rağmen, yanlış motor tercihi gereksiz
olarak maliyeti arttırabileceği gibi, sisteme yeterli
gelmeyebilir. Bu yüzden servo motorun seçimi esnasında
aşağıdaki adımlar izlenmiştir[24-28].
 Ortam koşulları:Genelde motor üreticileri 40 ̊C ortam
sıcaklığına göre üretim yapmaktadırlar. Makinanın
çalışma koşullarında ortam sıcaklığı 20-25 ̊C aralığında
olacağından, birçok motor firmasının ürünleri
düşünülebilir.  Sistem dinamiği:Sistem dinamiği belirli bir hareket
senaryosuna göre analiz yapılmış ve dinamik veriler elde
edilmiştir. Sistemin harcadığı güç değeri denklem (22)’
deki gibi bulunabilir.Motorun anma güç değeri krank
biyel mekanizmasında krank için gerekli olan değerden
daha büyük olmalıdır.Şekil 6’ da sistem (kranka
uygulanan) için gerekli güç değeri verilmiştir. (22)
Tahvil ve atalet oranı:Dişli ve indirgeyici dişli
kutuları motorun tork değerinin sisteme yansımasını
arttırırken, hız değerlerini de o oranda düşürmektedir.
Denklem (23) motor ve sistem arasındaki dişli tahvil
oranına bağlı olarak tork ve hız bağıntılarını vermektedir.
sırası ile motorun hızı,
Burada wM, wL, τL, τM ve
yükün hızı, yükün torku, motorun torku ve dişli aktarma
verimini ifade etmektedir. Denklem (24) ise motorun
zamana bağlı gerekli tork değerini vermektedir. Ayrıca
motor ve yük arasındaki atalet oranı da motor seçimi için
önemlidir.Sistemdeki toplam ataletin motora yansıyanı
eşitlik (25)’ de (J’L) olarak verilmiştir. Yansıyan atalet ile
servo motor arasındaki oran eşitlik (26)’ daki gibi olup,
bu değerin 1-10 aralığında olması en uygun çözümdür
[26].

Şekil. 6. Krank tork ve güçdeğişim grafiği
VI. Servo Pres İçin Uygun Motor Seçimi
Servo motorlar genel olarak üç sınıfa ayrılırlar; DC
servo motorlar, AC servo motorlar ve tork motorlar.Bu
elektrik motorları geri besleme sinyali göndererek
pozisyon, hız ve tork kontrolleri yapabilmektedir. DC
servo motor hızları kolaylıkla değiştirilebilir, bu yüzden
pozisyon ve hız kontrolünde sıklıkla tercih edilirler.
Ancak ağır uygulamalarda çok yüksek tork değerlerine
ulaşamamaktadır. Son zamanlarda senkron ve asenkron
(23)
(24) 5
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
′
Sistemin krank uzvu ile tahrik mili arasında 1:5
oranında helisel dişli aktarması mevcuttur. Tahrik mili ise
motor+indirgeyici
gurubu
çıkışına
direk
bağlanmıştır.Dinamik analiz ile sistemdeki krank miline
etkiyen krank maksimum tork ve güç değeri Şekil 6’
dasırası ile12000 Nm ve 11,40kW, hız değeriise Şekil 5’
de6,50 rad/s olarak görülmektedir. Genellikle motor
kataloglarında hız değerleri “rpm” olarak görüldüğünden,
krankın maksimum hızı da 62 rpm olarak
alınabilir.Buradaki helisel dişli aktarmasının verimi %96’
dır. Bu değerler tahrik miline aktarıldığında, eşitlik (23)’
deki bağıntılar kullanılarak tahrik milinin maksimum hızı
310 rpm olurken, torku da 2500 Nm olarak
bulunur.Ayrıca güç değeri de 11,87kW olarak
bulunur.Motor bu değerleri indirgeyici dişli eşitlikleri
(30-32) kullanıldıktan sonra karşılayabilmelidir. Ancak
daha yüksek değerlerde çalışılabileceği de göz önünde
bulundurularak,1,50’ lik bir tork faktörü kullanılmıştır.
Son tork ve güç değeri sırası ile 3750 Nm ve 17,81kW
olarak düşünülmüştür.
 Tahrik mili üzerine etkiyen toplam atalet ise Tablo 1’
den yararlanarak, denklem (21)’ nin düzenlenmesi ile
elde edilen aşağıdaki denklem ile bulunabilir. Tahrik mili
üzerindeki toplam milin ataleti 0,519 kgm2 olarak
hesaplanmıştır.

(25) (26) Yük tanımı ve çalışma çevrimi:Yükün tork ve hız
grafikleri dinamik analiz vasıtası ile belirlenebilmektedir.
Servo motorlar nominal hız, tork ve güç değerlerine
sahiptir. Bu değerler altında bir servo motor sürekli
çalıştırılabilir ve görev çevrimi (duty cycle) % 100’ dür.
Tork ve hız değerleri nominal değerlerin üzerinde ise
çevrimin çalışma yüzdesi denklem (27)’ deki gibi
bulunur. Burada “G” yüzde görev çevrimini ifade
ederken, t1 motorun sürekli nominal değerlerde çalıştığı
süre, t2motorun nominal üzerinde çalıştığı zaman ve t3
motorun torkunun sıfıra yakın çalıştığı zaman aralığını
vermektedir.Aralıklı olarak nominal değerler üzerinde
oda sıcaklıklarında çalışan bir motor için, denklem (28)
de bulunan sistem tork ifadesinin (τRMS),motorun RMS
torkunun değeri altında olması motorun ısınma problemi
yaşamadan düzenli çalışmasını sağlayacaktır. Bu
denklem güç için de kullanılabilir. Ayrıca ifade (29)’
daki gibiyükün tepe torku da yine motorun tepe torkunun
altında olmalıdır. 
%
100
(27)
(33)
∑
(28)
,
(29) Birçok servo motor üreticisinin katalogları incelenmiş
ve maksimum güç, tork ve hız değerlerinin dişli kutusu
aracılığı ile sağlanabilirlikleri araştırılmıştır. Sonuç
olarak Parker M_2053090 400VAC servo motor® modeli
seçilmiştir. Tablo 2 bu motorun(fren ilaveli)katalog
değerlerini vermektedir. Her nekadar nominal tork değeri
62 Nm olsa da, bu motor 90 Nm tork altındakitleme
olmaksızın çalışabilmektedir.Motora soğutucu fan ilave
edilmiş ve RMS tork kapasitesi %25 arttırılarak 112,50
Nm olarak düşünülmüştür [27].
 Bu motorun istenilen maksimum tork değerlerini elde
edebilmesi için yaklaşık 1:10 tahvil oranına sahip bir
dişli kutusu kullanılmalıdır. Dişli kutuları için kataloglar
incelendiğinde 1:10,41 tahvil oranına sahip olanSEW
®
firmasının K_97/_AQA193 model servo adaptörlü
helisel boşluk azaltılmış dişli kutusu seçilmiştir. Bu
indirgeyici dişli kutusu motorun maksimum çalışma
koşullarını sağlayabilmektedir. Servis faktörü 22kW
çalışma koşullarında 3,90 iken ataleti 0,0096kgm2’ dir
(0,0025 kgm2 adaptör dahil).Dişli kutusunun verimi ise %
96’ dır [28].

İndirgeyici dişli kutusu seçimi:Servo motorlar için,
servo dişli kutuları veya diş boşluğu azaltılmış dişli
kutuları kullanılabilmektedir. Ayrıca dişli kutusunun
çalışma peryoduna bağlı servis faktörü de önemli olup bu
tür pres uygulamalarında ağır ve şoklu çalışma söz
konusu olabileceğinden 2’ nin üzerinde seçilmelidir.
Aşağıdaki denklemler motor çıkışı ile dişli kutusu çıkışı
arasındaki
bağıntıları
vermektedir.
Burada
“i”indirgeyicidişli kutusunun tahvil oranıdır. 
/
(30)
(31)
(32)
B. 50T Servo kran pres için motor seçimi
50 T baskı kuvveti kapasitesine sahip servo krank
pres için servo motor seçimi aşağıda verilmiştir.
 Presler ağır sanayi makinaları olduklarından ve yüksek
tork değerlerine ihtiyaç duyulacağından, 3-faz 400V sabit
mıknatıslı AC servo motor tipi (servo PMSM) seçilmiştir. Nominal
Tork
Hız
Tepe
Güç
62 Nm 3000 rpm 18,6 kW
Atalet
Tork
Hız
kgm2
400 Nm
3700 rpm
0,0145
TABLO 2. M_2053090 400V servo motor katalog değerleri
6
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
 Motora yansıyan toplam yük ataleti,dişli kutusu ilave
edilerek ve denklem (25)’ den faydalanarak0,0146kgm2
olarakbulunur.Eşitlik (26)’ da yerine konularak atalet
oranı 1 olarak bulunmuştur. Bu değer doğru aralıkta olup,
uygun bir motor seçimi yapıldığını göstermektedir.
 Motordan istenilen maksimum hız, tork ve güç
değerleri,%96 indirgeyici verimi hesaba katılarak ve
eşitlik (30-32) kullanılarak sırası ile 3227 rpm, 375,24
Nm ve 18,55 kW’ dır (tork faktörü dahil). Bu değerler
motorun kapasitesinin altındadır. Ayrıca hareket
profilinin motorun ısınmasına karşı durumunu
gözlemlemek için eşitlik (27) kullanılarak hareket ve yük
için istenilen RMS tork110 Nm olarak bulunmuştur, bu
değer motorun son RMStork değerinden düşüktür.
 Motor seçim ve kontrolleri tamamlandıktan sonra
motor ve indirgeyici sisteminin ataletlerinin de motor
tork ve gücüne etkisini gözlemleyebilmek için denklem
(24) kullanılmıştır. Buradan elde edilen sonuçlar Şekil 7
de verilmiştir.Ayrıca motor RMS torku 101 Nm olarak
bulunmuştur. Tork ve güç değerleri ile RMS torku motor
limitlerinin içerisindedir.
 Son olarak seçilen motorun maksimum tork ve hız
değerleri düşünülerek, servo krank presin anma tonajı
için maksimum kurs boyu ve yüksüz maksimum koç hızı
sırasıyla 7mm ve 71 spm olarak bulunur.
Teşekkür
Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığına 01422.STZ.2012I
Numaralı
SANTEZ
projesi
kapsamındaki
desteklerinden dolayı teşekkür ederiz.
Kaynakça
[1] Halicioglu R., Dulger L.C. ve Bozdana A.T. Modelling and Simulation
Based on Matlab/Simulink: A Press Mechanism. In Journal of Physics:
Conference Series, 490 (1), p. 012053. IOP Publishing, 2014.
[2] Halicioglu R. ve Dulger L.C. Krank pres mekanizması: kinematik analizi
ve benzetimi. 16. Ulusal Makina Teorisi Sempozyumu, Erzurum, 451458, Eylül 2012.
[3] Abdullah M.N. ve Telegin V.V. Modeling of dynamic processes of the
main executive mechanism of the hot-crank press. Al-Rafadain
Engineering Journal, 19(4), 2011.
[4] Fung R.F. ve Chen K.W. Dynamıc analysis and vibration control of a
flexible slider–crank mechanism using PM synchronous servo motor
drive. Journal of Sound and Vibration. 214(4): 605-637, 1998.
[5] Ha J-L., Fung R-F., Chen K-Y, ve Hsien S-C.Dynamic modeling and
identification of a slider-crank mechanism. Journal of sound and
vibration. 289(4): 1019-1044, 2006.
[6] Fung R-F., Chiang C-L. veChen S-J. Dynamic modelling of an
intermittent slider–crank mechanism. Applied Mathematical Modelling.
33(5): 2411-2420, 2009.
[7] Bai J., Tong S., Yu Z., ve Zheng, D. Analysis and simulations of inertia
force in ultra high speed stamping machine. Journal of Networks. 5(12):
1475-1480, 2010.
[8] Liu M., Cao Y., Zhang Q. ve Zhou H. Kinematics and dynamics
simulation of the Slider-Crank mechanism based on Matlab/Simulink.
In Computer Application and System Modeling (ICCASM),
International Conference on Computer Application and System
Modeling- IEEE. 9:557-563,Ekim 2010.
[9] Endou J. Innovation of press working by servo press. Journal-Japan
Socıety for Technology of Plasticity.49(2): 100-104, 2008.
[10] Aida Katalog; AIDA Direct Servo Formers DSF-N1 and N2 Series,
Web; http://www.aida.co.jp/en/products/product12.html, Erişim tarihi:
2012
[11] Amada, Catalog of AE-NT and EM-NT series, Amada America Inc.
[12] Amada, Catalog of SDE series, Amada GMBH: Germany.
[13] D'Souza A.F. veGarg V.K. Advanced dynamics: modeling and analysis.
Prentice-Hall Englewood Cliffs NJ, 1984.
[14] Shigley J.E. veUicker J.J. Theory of machines and mechanisms.
McGraw-Hill New York, 1995.
[15] Kütük M.E. Hybrid Machine Systems: Analysis and Control in
Mechanical Engineering, Gaziantep University: Gaziantep, 2013.
[16] Tokuz L.C. Hybrid machine modelling and control. Liverpool
Polytechnic, pHD thessis, 1992.
[17] Ginsberg J. Engineering dynamics. Cambridge University Press, V:10,
2008.
[18] Baruh H. Analytical Dynamics. WCB/McGraw-Hill Boston, 1999.
[19] McCuskey S.W. An Introduction to Advanced Dynamics, AddisonWesley Reading, MA, 1959.
[20] Bulatović Ž.M., Tomić M.V., Knežević D.M. ve Cvetić, M.R.
Evaluation of variable mass moment of inertia of the piston–crank
mechanism of an internal combustion engine. Proceedings of the
Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile
Engineering, 225(5): 687-702, 2011.
[21] Osakada K., et al., Mechanical servo press technology for metal
forming. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 60(2): p. 651-672,
2011.
[22] BaldorElectric, Servo Control Facts: A handbook explaining the basics
of motion. MN1205-394. Arkansas, 2012.
[23] Moog Inc. Catalog of High-Torque Direct Drive Rotary Servo Motor,
2006.
[24] Krishnan R. Selection criteria for servo motor drives. Industry
Applications, IEEE Transactions on, 1987(2): p. 270-275.
[25] Roos F., Johansson H., veWikander J. Optimal selection of motor and
gearhead in mechatronic applications. Mechatronics, 16(1): p. 63-72,
2006.
[26] Cetinkunt, S. Mechatronics,USA: John Wiley & Sons, Inc, 2007.
[27] Parker MB/MH Series Servo Motors Catalog, Parker Hannifin
Corpotration, 2012.
Şekil. 7. Motor tork ve güç değişim grafiği
VII.Sonuçlar
Çalışma kapsamında 50 T kapasiteli bir servo krank
pres için parça tasarımları yapılmış, dinamik denklemi
türetilerek
gerçek
kütle
değerleri
ile
benzetimlerisunulmuştur. Kullanılan hareket, bu makine
için en kritik senaryodur.Servo motor seçim
parametreleri ve aşamaları verilerek, en kritik çalışma
koşullarına
uygun
ve
optimum
bir
servo
motor+indirgeyici dişli kutusu seçilmiştir.Üretilen servo
pres Gaziantep Üniversitesi, Makine Mühendisliği
Bölümünde bulunmaktadır.
7
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
[28] SEW-eurodrive, Servo gear units of SEW catalog and webside, SEW
eurodrive-driving the world: Bruchsal/Germany, 2009.
8

Benzer belgeler